2018届高考化学：第18讲-电解池及其应用ppt课件.ppt

专题三 化学反应与能量变化 第 18 讲　 电解池及其应用 复习目标 1. 了解电解池的工作原理，能写出电解池的电极反应式和电池总反应式。 2. 了解电解在氯碱工业、精炼铜、电镀、电冶金等方面的应用。 知识网络 问题思考 问题 1 ： 原电池与电解池的比较。填写下表： 原电池 电解池 能量转化 _______________ _______________ 反应特征 _________ ___________ 电极名称 ___________________ _______________ _____________________ ________ __________________________ _________________ _________________ 装置特征 _______ _________________ ___________ _______________________ 联系 __________________________________________ 自发反应 非自发反应 由电极材料本身决定 由连接电源的正、负极决定 负极：活泼金属 正极：不活泼金属 ( 非金属导体 ) 阴极：与负极相连 阳极：与正极相连 无电源 两极材料一般不同 有直流电源 两极材料可相同也可不同 两者都是在两电极上发生氧化还原反应 问题 2 ： 以石墨为电极，写出电解 CuSO 4 溶液的电极反应式及总反应式。 1. (2016· 河北邢台期末 ) 下列有关说法不正确的是 ( 　　 ) A. 电解法精炼铜时，以粗铜作阴极，纯铜作阳极 B. 铅蓄电池中 Pb 作负极， PbO 2 作正极 C. 在物质的量浓度相等的 NaCl 和 KBr 的混合溶液中滴加 AgNO 3 溶液，先产生淡黄色沉淀 D. 常温下， pH ＝ 3 的盐酸、醋酸分别用水稀释 m 倍、 n 倍后 pH 相同，则 m < n A B [ 解析 ] 　该装置为电解饱和食盐水，铜作阴极，与电源负极相连，电极反应式为 2H ＋ ＋ 2e － ===H 2 ↑ ，氢氧化钠在铜电极附近产生，阳离子向铜电极移动；石墨作阳极，与电源正极相连，电极反应式为 2Cl － － 2e － ===Cl 2 ↑ ，用湿润的 KI 淀粉试纸在石墨电极附近检验气体，试纸变蓝色。 3. (2016· 北京卷 ) 用石墨电极完成下列电解实验。 实验一 实验二 装置 现象 a 、 d 处试纸变蓝； b 处变红，局部褪色； c 处无明显变化 两个石墨电极附近有气泡产生； n 处有气泡产生； …… B [ 解析 ] 　 d 处是电解池的阴极，电极反应为 2H 2 O ＋ 2e － ===H 2 ↑ ＋ 2OH － ，生成 OH － 使溶液呈碱性， pH 试纸变蓝， A 正确； b 处变红，局部褪色，说明是溶液中的氢氧根和氯离子同时放电， B 错误； c 处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子， C 正确；实验一中 a 、 c 形成电解池， d 、 b 形成电解池，所以实验二中铜珠的两端分别为电解池的阴、阳极，两个铜珠的右侧 (m 、 n) 均为电解池的阴极， n 侧 H ＋ 得电子生成 H 2 ，其左侧 Cu 失去电子生成 Cu 2 ＋ ，两个铜珠之间 Cu 2 ＋ 浓度较大，故 m 侧 Cu 2 ＋ 得电子生成 Cu ， D 正确。 B 考点 1 　电解池的工作原理 —— 基 础 梳 理 —— 1. 定义 电解池是把 _____ 转化为 _______ 的装置。其中与电源 _____ 相连的电极称为阳极，与电源 _____ 相连的电极称为阴极。 2. 阳极材料 (1) 惰性电极：由石墨、 Pt 等导体构成，只起导电作用。 (2) 活泼电极：与外电源的正极相连的金属电极 ( 如铁或铜 ) ，参与反应。 电能 化学能 正极 负极 3. 电极反应 (1) 阳极 ( 与外电源的 ___ 极相连 ) 反应：发生 ___ 电子的 _____ 反应；阴极 ( 与外电源的 ___ 极相连 ) 反应：发生 ___ 电子的 _____ 反应。 (2) 电子和离子的流向 ① 电子从电源 ___ 极流向电解池的 ___ 极；从电解池的 ___ 极流向电源的 ___ 极。 ② 阳离子移向电解池的 ___ 极；阴离子移向电解池的 ___ 极。 ( 电子不会进入电解质溶液中，电解质溶液中起导电作用的是 _____) 正 失 氧化 负 得 还原 负 阴 阳 正 阴 阳 离子 电解氯化铜溶液的实验装置 4. 电极放电顺序 (1) 阳极产物的判断 首先看电极材料，如果电极是活泼电极 ( 如金属 ) ，则 _____ 失电子，电极消耗被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果电极是惰性电极 ( 如石墨、 Pt 、 Au) ，则要看溶液中 _______ 的失电子能力，放电顺序如下： (2) 阴极上阳离子的放电顺序 ( 阴极放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关 ) 如下： 注意：放电是指阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程。 金属 阴离子 5. 用惰性电极电解不同溶液的比较 类型 电极反应特点 实例 电解对象 电解质浓度 pH 电解液复原 电解水型 阴： 4H ＋ ＋ 4e － ===2H 2 ↑ 阳： 4OH － － 4e － ===2H 2 O ＋ O 2 ↑ NaOH 水 增大 增大 水 H 2 SO 4 水 增大 减小 水 Na 2 SO 4 水 增大 不变 水 类型 电极反应特点 实例 电解对象 电解质浓度 pH 电解液复原 电解电解质型 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 HCl 电解质 减小 增大 氯化氢 CuCl 2 电解质 减小 增大 氯化铜 放 H 2 生碱型 阴极： H 2 O 放 H 2 生碱 阳极：电解质阴离子放电 NaCl 电解质和水 生成新电解质 增大 氯化氢 放 O 2 生酸型 阴极：电解质阳离子放电 阳极： H 2 O 放 O 2 生酸 CuSO 4 电解质和水 生成新电解质 减小 CuO 或 CuCO 3 2H 2 O － 4e － ===O 2 ↑ ＋ 4H ＋ 4Ag ＋ ＋ 4e － ===4Ag 2Cl － － 2e － ===Cl 2 ↑ 2H 2 O ＋ 2e － ===2OH － ＋ H 2 ↑ Fe － 2e － ===Fe 2 ＋ 2H 2 O ＋ 2e － ===2OH － ＋ H 2 ↑ Cu － 2e － ===Cu 2 ＋ 2H ＋ ＋ 2e － ===H 2 ↑ D 变式训练 1 　 (2016· 河北邢台期末 ) 常温下用惰性电极电解 NaHSO 4 溶液，电解一段时间后，下列有关电解质溶液变化的说法正确的是 ( 　　 ) A. 电解质溶液的浓度增大， pH 减小 B. 电解质溶液的浓度增大， pH 增大 C. 电解质溶液的浓度减小， pH 减小 D. 电解质溶液的浓度不变， pH 不变 [ 解析 ] 　电解硫酸氢钠水溶液的实质是电解水，故电解质溶液的浓度增大，酸性增强，溶液的 pH 减小， A 正确。 A A [ 解析 ] 　由题意可知，该装置中电极 Ⅰ 、 Ⅱ 是原电池的两极， Ⅰ 是负极， Ⅱ 是正极， Ⅲ 、 Ⅳ 是电解池的两极， Ⅲ 是阳极， Ⅳ 是阴极，所以电流方向：电极 Ⅳ→ Ⓖ → 电极 Ⅰ ， A 正确；电极 Ⅰ 是原电池的负极，发生氧化反应， B 错误；电极 Ⅱ 是原电池的正极，发生还原反应，有 Cu 析出， C 错误；电极 Ⅲ 是阳极，发生氧化反应，电极反应式是 Cu － 2e － ===Cu 2 ＋ ， D 错误。 D C D A C 考点 2 　电解的应用 —— 基 础 梳 理 —— 1. 电冶、粗铜精炼 电解法制取金属钠 (1) 电解熔融氯化钠 阳极： _________________ 阴极： _________________ 总反应式： __________________________ (2) 粗铜的精炼 阳极 ( 粗铜 ) ： Cu － 2e － ===Cu 2 ＋ 阴极 ( 精铜 ) ： Cu 2 ＋ ＋ 2e － ===Cu ① 在电解精炼铜时，用 _____ 作阳极，用 _____ 作阴极，电解液用 ___________ 。整个电解过程中铜盐的浓度基本保持 _____ 。 粗铜 纯铜 可溶性铜盐 不变 ② 粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序铜以前的金属杂质如 Zn 、 Fe 、 Ni 等，也会同时失去电子；而位于金属活动性顺序铜之后的银、金等杂质，因为给出电子的能力比铜弱，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥 ( 阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料 ) 。 2. 电镀 (1) 电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他 ___________ 的过程。电镀是电解的一个重要应用。电镀时，一般都是用镀层金属的可溶性盐配成电镀液，把镀件作为 _____ ，与电源的 ___ 极相连；镀层金属作 _____ 。 金属或合金 阴极 负 阳极 (2) 特征：阳极本身溶解；电解液的总量、浓度、 pH 均不变。 (3) 形成条件 ① 电解时，镀层金属作阳极。 ② 镀件作阴极。 ③ 含镀层金属离子的电解质溶液作电镀液。 ④ 外加直流电源。 2. 氯碱工业 —— 离子交换膜法 电解生产的主要过程： NaCl 从阳极区加入， H 2 O 从阴极区加入。阴极 H ＋ 放电，破坏了水的电离平衡，使 OH － 浓度增大， OH － 和 Na ＋ 形成 NaOH 溶液。 阳离子交换膜的作用：它只允许阳离子和水分子通过而阻止阴离子和气体通过。这样既防止了两极产生的 H 2 和 Cl 2 混合爆炸，又避免了 Cl 2 和阴极产生的 NaOH 反应生成 NaClO 而影响烧碱的质量。　 D (1) 烟气中的主要废气是 ____ ，从提高资源利用率和减排考虑，其综合利用方式是制 _____ 。 (2) 电解法炼铜时，阳极是 _______( 填 “ 纯铜板 ” 或 “ 粗铜板 ” ) ；粗铜中含有的金、银以单质的形式沉积在电解槽 _____( 填 “ 阳极 ” 或 “ 阴极 ” ) 的槽底，阴极的电极反应式是 _________________ 。 SO 2 硫酸 粗铜板 阳极 Cu 2 ＋ ＋ 2e － ===Cu 类型 3 　电镀 典型例题 6 　右图是某同学用 Cu 在 Fe 片上镀铜的实验装置，下列说法正确的是 ( 　　 ) A. Cu 2 ＋ 在 A 极被还原 B. 溶液蓝色逐渐变浅 C. 铜片是 A 极，铁片是 B 极 D. A 极和 B 极直接相连，铜片被氧化 C 2H ＋ ＋ 2e ― ===H 2 ↑ 还原反应 Mg(OH) 2 [ 解析 ] 　 (2) ① 粗盐水中含有 Mg 2 ＋ ，所以用溶液 A( 即 NaOH ) 调节溶液的 pH 时，会产生 Mg(OH) 2 沉淀，即盐泥 a 中还含有 Mg(OH) 2 。 ③ 过程 Ⅱ 是利用沉淀溶解平衡原理，利用溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀除去杂质离子。 变式训练 3 　用图 1 电池作电源，用图 2 装置电解饱和食盐水 (C 1 、 C 2 均为石墨电极 ) 。 (1) 图 2 中反应的离子方程式为 ___________________________________ 。 (2) 电解开始后，在电极 ____( 填“ C 1 ” 或“ C 2 ”) 的周围先出现红色。 图 1 图 2 C 2 C D C C B D 题组训练 3 1. (2016· 山东青岛质检 ) 电解饱和草酸溶液可以制得高档香料乙醛酸 (H 2 C 2 O 3 ) ，装置如下图所示，写出复合膜电极的电极反应式： __________________________________ 。 H 2 C 2 O 4 ＋ 2e － ＋ 2H ＋ ===H 2 C 2 O 3 ＋ H 2 O 2. (2016· 福建南平质检 ) 以 Na 2 SO 3 溶液吸收二氧化硫，当吸收液的 pH 约为 6 时，需电解再生，原理如下图所示。 Pt( Ⅰ ) 电极的电极反应式为 ______________________________________________ 。 NH 3 4. (2014· 新课标 Ⅰ 卷 ) H 3 PO 2 也可用电渗析法制备， “ 四室电渗析法 ” 工作原理如下图所示 ( 阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过 ) 。 写出阳极的电极反应式： _________________________ 。 2H 2 O － 4e － ===O 2 ↑ ＋ 4H ＋ —— 核 心 突 破 —— 可充电电池 ( 以铅蓄电池为例 ) 1. (2016· 各地模拟组合 ) 下列说法正确的是 _________( 填字母 ) 。 A. 电解 MgCl 2 饱和溶液，可制得金属镁 B. 电解法精炼铜时，以粗铜作阳极，纯铜作阴极 C. 冶炼金属铝是电解熔融氯化铝 D. 电解熔融的氯化钠可得到钠 E. 电镀时，镀层金属跟直流电源的正极相连 F. 氯碱工业中，烧碱在阳极区生成 G. 马口铁 ( 镀锡铁皮 ) 镀层破损后铁更易腐蚀 H. 可充电电池在充电的时候是电解池 I. 用图 1 装置电解精炼铝 J. 用图 2 所示方法可保护钢闸门不被腐蚀 图 1 图 2 BDEGH D [ 解析 ] 　该电解池中间有阳离子交换膜，故 OH － 无法从右槽迁移到左槽， A 错误；右槽发生的反应为 2H ＋ ＋ 2e － ===H 2 ↑ ，是还原反应，故 B 错误；根据电解池中产物可知，左槽中反应为 Fe 2 ＋ － e － ===Fe 3 ＋ ，故 C 错误；根据电极反应式可知，每转移 2 mol 电子生成 1 mol H 2 ，故每转移 1 mol 电子生成 0.5 mol 氢气，即 1 g 氢气， D 正确。 C 正 1.12 变大 放映结束，谢谢观看！